冬虫夏草で減量
コルジセピンは高脂肪食で肥満になったラットの腸内細菌叢を調整することで体重を減らす
関連データ
抽象的な
背景
肥満は心血管疾患、非アルコール性脂肪性肝疾患、2 型糖尿病、および数種類の癌の主な病因であり、腸内細菌叢の変化が肥満の原因の 1 つであることを示す研究が増えています。現在、腸内細菌叢は潜在的なエネルギー代謝器官としてますます注目されています。私たちの最近の研究では、冬虫夏草から分離された主要な生理活性成分であるコルジセピンが、脂肪細胞に直接作用して高脂肪食を与えられたマウスの体重増加を予防すると報告されましたが、腸内細菌叢を調整するコルジセピンの効果は不明のままです。
方法
本研究では、化学的手法によりコルジセピン(3-デオキシアデノシン)を合成し、コルジセピンが高脂肪食を摂取したラットの体重増加と精巣上体および腎臓周囲の脂肪蓄積を軽減することを確認しました。さらに、MiSeq Illuminaプラットフォームのハイスループットシーケンスを使用して、高脂肪食誘発性肥満ラットの腸内細菌の種類を検査しました。
結果
コルジセピンは、高脂肪食誘発性肥満ラットの腸内細菌の相対的存在量を変化させることを発見しました。しかし、コルジセピンは腸内細菌の種類を変えませんでした。コルジセピン投与により、高脂肪食誘発性肥満ラットにおける 2 つの主要な細菌門 (バクテロイデス門とフィルミクテス門) の相対的存在量が劇的に逆転し、固形飼料群と同程度の存在量となりました。
結論
私たちの研究は、コルジセピンが体重を減らすことができ、コルジセピンによって作られるマイクロバイオームが肥満減少のメカニズムの結果である可能性を示唆しています。
背景
肥満は公衆衛生上の重要な問題であり、世界中でますます注目を集めています。肥満は、2型糖尿病[ 1 ]、非アルコール性脂肪性肝疾患、心血管系疾患、インスリン抵抗性、睡眠時無呼吸、変形性関節症、癌、喘息、胆嚢疾患[ 2 ]など、さまざまな疾患を引き起こす可能性があります。 3 ]。WHOは、340万人の成人が肥満または過体重のために死亡していると報告しています。肥満は主に過剰なエネルギー摂取と座りがちな生活習慣によって引き起こされます[ 4 ]。これらはエネルギー消費を減らすことでエネルギー代謝の不均衡を引き起こし、さまざまな組織に脂質が蓄積します[ 5 ]。したがって、人々を肥満から守ることは特に重要です。肥満は慢性の低レベルの炎症や腸内細菌叢の変化と密接に関連していることが報告されています。さらに、肥満者は全身性の慢性炎症と腸管バリア機能不全に関連する血清エンドトキシン(リポ多糖類)の高レベルを示します[ 6 ]。現在までに、運動活動の変化、脳の下垂体または視床下部を介した食欲、褐色脂肪組織を介した熱産生、白色脂肪組織での脂肪生成など、さまざまなメカニズムが肥満に関連していることが報告されています。 等 [ 7 – 10 ]。特に、腸内細菌叢の構成の変化が肥満や代謝関連疾患に関連していることを示す証拠が増えている[ 11 、 腸内細菌叢は、栄養補給とエネルギー調節に寄与する多数の細菌で構成されています[13 ] 。
宿主の腸内には、細菌、真核生物、古細菌など数百万種の微生物が存在し、その中で最も優勢なのは細菌です。結腸は消化器系の最後の部分であり、腸内細菌で満ちています。細菌濃度は約109~1012 CFU/mLで、少なくとも1000種の細菌が含まれています[ 14 ]。成人の腸内では、細菌種の約90%がFirmicutes門とBacteroidetes門に属しています[ 15 ]。Firmicutes門には、Clostridium、Catenibacterium、Eubacterium、Lactobacillus、Faecalibacterium、Ruminococcus、Roseburia、Dorea、Veillonellaなど、200を超えるさまざまな属のグラム陽性細菌が含まれています[ 14 ]。バクテロイデス門は、バクテロイデス、プレボテラ、タンネレラ、オドリバクターなど約20属のグラム陰性細菌を含み、2番目に広く分布している細菌門です。腸内細菌叢の他のそれほど多くはありませんが一般的な門には、放線菌、ヴェルコミクロビア、プロテオバクテリアなどがあります[ 14 ]。腸内細菌叢は、消化できない食物化合物からエネルギーを抽出し、免疫を媒介し、ビタミンを合成することで、生理学と代謝において重要な役割を果たしています[ 16 ]。しかし、腸内細菌叢の変化がさまざまな疾患に密接に関連していることを示す研究が増えています。腸内細菌叢の異常な変化は通常、免疫反応を誘発することで宿主の健康に影響を及ぼします[ 14 、 17 ]。興味深いことに、多くの研究で、腸内細菌が肥満や代謝機能障害に関与していることが実証されています。実際、一部の研究者は、腸内細菌叢とバクテロイデス門とフィルミクテス門という2つの細菌門の存在量との関係を実証しています [ 4 ]。肥満表現型に対する腸内細菌叢の構成変化の最初の証拠は、遺伝的に肥満のob/obマウスで示され、これらのマウスではバクテロイデス門細菌が少なく、フィルミクテス門細菌が多かった [ 18 ]。肥満を引き起こす腸内微生物集団という考え方は、同じ著者らが、マウスの腸内細菌叢移植によって肥満表現型が伝達される可能性があることを発見したときに生まれました [ 19 ]。フィルミクテス門の増加は、食物から多糖類を分解して短鎖脂肪酸(SCFA)を生成する酵素の増加に関連しています [ 18 ]。
酪酸とプロピオン酸は抗肥満作用があり、酢酸は主に肥満を引き起こすことが報告されている。酪酸は主にFirmicutes(Clostridium clusters IVとXIVaに属する最も重要なもので、Eubacterium rectale、Faecalibacterium prausnitzii、Rosuberia intestinalisを含む)によって生成され、宿主の腸の健康を維持する上で重要な役割を果たしている[ 20 ]が、酢酸とプロピオン酸は主にBacteroidetes門によって生成される[ 18 、 21 、 22 ] 腸内細菌叢は代謝性疾患の潜在的な治療標的である。食事介入により過体重や肥満者の腸内細菌叢の構成を正常化することはできるが、より的を絞ったアプローチが必要である[ 23 ]。
コルジセピン(CCS)、すなわち3-デオキシアデノシンは、冬虫夏草から分離された主要な生理活性成分である。蓄積された情報から、コルジセピンは抗ウイルス、抗炎症、抗酸化、抗腫瘍、アポトーシス促進、抗血栓活性など、複数の生物学的機能を有することが示されている[ 24 、 25 ] 他の研究と我々の最近の研究では、コルジセピンという主要な生理活性成分が、 C. militarisは、高脂肪食(HFD)を与えられたマウスの体重増加を防ぐ[ 26 、 27 ] また、コルジセピンはアデノシンA1受容体を介してプロラクチンを減少させることで体重を調節すること [ 26 ] 、またはコルジセプチンの投与が体外および体内で前脂肪細胞の分化、脂肪細胞の増殖および分解に影響を及ぼすことも発見しました(未発表データ)。 しかし、コルジセピンが腸内細菌叢の調節によって肥満を軽減するということを示すデータはありませんでした。 本研究では、コルジセピンが腸内細菌叢を調節することで高脂肪食誘発性肥満を軽減できることを実証しました。
方法
動物実験
すべての動物実験は、吉林大学動物福祉および研究倫理委員会(IZ-2009-008)の規定に従って実施されました。プロトコルは委員会によって審査され、承認されました。本研究では、初期体重180 ± 20 gの雄SDラットを吉林大学実験動物センターから購入しました。ラットへの危害を最小限に抑えるためにあらゆる努力が払われました。温度は25 ± 1 °C、相対湿度は40~80%でした。ラット用の高脂肪食(60% kcal、D12492)と通常食(10% Kcal、D12450K)は、米国のResearch Diets社から提供されました。コルジセピン(純度> 99%)は、中国深圳の清華大学科学院から提供されました。
7日間の順応後、体重に基づいて30匹のラットを無作為に3つのグループに分けたが、3つのグループ間に有意差はなかった。(1)通常食(NFD)群( n = 10)、(2)60%高脂肪食(HFD)群( n = 10)、(3)HFD + CCS群(n = 10)で、60%高脂肪食と同時にコルジセピン(50 mg/kg)を1日1回4週間経口投与した。コルジセピンは、胃内投与前に蒸留水に溶解した。NFD群とHFD群のラットには、コルジセピン投与群と全く同じ量の蒸留水が与えられた。
実験中、体重は毎週モニタリングされ、それに応じて投与量が調整された。最後に、正確に12時間絶食した後に絶食時の体重を測定し、その後、すべてのラットを安楽死させた。腎周囲脂肪と精巣上体脂肪を含む組織を切除して重量を測定した。次に、次の式に従って脂肪指数を計算した[ 28 ]:(精巣上体脂肪重量+腎周囲脂肪重量)×100/体重。さらに、腸の内容物を無菌状態で採取し、16S rDNA配列決定のために直ちに液体窒素で凍結した。
腸内細菌叢の16S rDNA V3およびV4領域の配列決定
腸内細菌叢からの全ゲノム DNA の抽出には、Micro Elute Genomic DNA Kit (D3096–01、Omega, Inc.、米国) を使用しました。具体的な抽出方法は、製造元の指示に従って実施しました。次に、各サンプルの 16S rDNA V3 および V4 二重可変領域を、プライマー 319F (ACTCCTACGGGGAGGCAGCAG) および 806R (GGACTACHVGGGTWTCTAAT) を使用したポリメラーゼ連鎖反応 (PCR) により増幅しました。細菌門には大きな多様性があるため、この領域 (V3-V4) を PCR に使用しました。増幅は、DNA テンプレート (50 ng) を 25 μL システムで使用し、Phusion DNA ポリメラーゼを使用して 25~35 サイクルで実施しました。腸内細菌叢からの全ゲノム DNA の抽出とパイロシーケンシングの増幅は、中国浙江省杭州市の LC-Bio Technology Company の Illumina MiSeq プラットフォームで実行されました。
バイオインフォマティクス
重複した Illumina MiSeq データ (2 × 300 bp) は、ペアエンドマージされ、タグにスプライシングされました。その後、タグは QIIME (Quantitative Insights into Microbial Ecology) 品質フィルターによってフィルタリングされました。簡単に言うと、有効なデータとしてカウントされた各リードは保存され、すべての要件を満たさないリードはその後の分析から除外されました。
次に、配列は 97% の類似性で操作分類単位 (OTU) にグループ化されました。基本的に、同じ OTU のすべての読み取りで配列の相違は 3% 未満でした。RPD (リボソーム データベース プロジェクト) を適用して、OTU 配列を分類し、細菌種を特定しました。
統計分析
この研究におけるすべてのデータ解析は、SPSS Statistic 19.0 (IBM、米国) を使用した一元配置分散分析にかけられました。個々の平均値間の差が 5% 未満の場合、有意であると判断されました。
結果
コルジセピンの設計と合成
本研究では、化学的手法によりコルジセピンを合成した。安価なアデノシンを出発原料として、マトック臭化物で選択的に置換し、アデノシン 3′ ヒドロキシル基を臭素化し、続いて加水分解して 3′ ブロモアデノシンを得た。最後に、触媒水素化による脱臭素化を行って、目的生成物であるコルジセピンを得た。コルジセピンの合成経路と化学構造を図1に示す。
コルジセピンは高脂肪食誘発性肥満ラットの体重と脂肪を減少させた
コルジセピンが体重と脂肪に及ぼす影響を調べるため、ラットに高脂肪食を与えて肥満ラットモデルを構築しました。4 週間の高脂肪食の開始時に、コルジセピン (50 mg/kg/日) を経口投与しました。その結果、高脂肪食を与えられたラットでは 2 週目から 4 週目にかけて肥満が有意に誘発されました (図2 a)。コルジセピンは、高脂肪食誘発性肥満ラットの体重増加を有意に抑制しました ( P < 0.01) (図 2 b)。 (図2a) 2 a)2週目から4週目にかけてHFDグループと比較して体脂肪の蓄積を抑制した( P < 0.01)(図。 (図2b) 。2b )。一般的に、コルジセピンは高脂肪食誘発性肥満ラットの体重と脂肪を減らすことができます。
高脂肪食誘発肥満ラットにおけるコルジセピンによる腸内細菌叢構造の変化
コルジセピンが腸内細菌叢構造の調節に及ぼす影響を調べるため、イルミナ MiSeq プラットフォームを用いてハイスループット パイロシーケンシングを実施し、異なるグループの 9 つの腸内容物サンプルから 820,838 個の高品質で有効なシーケンスを生成しました。NFD グループはサンプルあたり 73,056 ± 20540 シーケンスを生成し、HFD グループはサンプルあたり 92,682 ± 23654 シーケンスを生成し、CCS グループはサンプルあたり 107,874 ± 5608 シーケンスを生成しました。高品質のシーケンスは、97% の類似性で 3303 の操作的分類単位 (OTU) に割り当てられました。シーケンスを増やすことで新しい種を取得できますが、Shannon および Rarefaction 分析により、現在のシーケンス深度で腸内細菌叢の多様性の大部分を取得できることが分かりました (図3 a、b)。シャノン多様性指数と希薄化 OTU 推定値は、ヘルパー アプリケーションを使用してすべてのサンプル間でシーケンス深度を希薄化することによって計算されました。NFD、HFD、CCS グループ間でシャノン、シンプソン、Chao1 指数を分析したところ、種の豊富さと多様性に大きな違いはありませんでした。
UniFrac ベースの主座標分析 (PCoA) では、各治療グループの腸内細菌叢構成が明らかにクラスター化していることが示されました。PCoA マトリックス スコアの多変量分散分析では、NFD グループ、HFD グループ、CCS グループの細菌叢に統計的に有意な分離が見られました (図 1)。 (図3c )。しかし、コルジセピン、NFD、HFDの各グループを比較すると、有意な分離が見られました(図3c)。 (図3 3d)。
注目すべきは、種の分類学により、高脂肪食誘発性肥満ラットにコルジセピンを4週間投与することで、腸内細菌叢の構成が著しく変化したことを証明したことである。16S rDNAシークエンシングにより、Firmicutes、Bacteroidetes、Proteobacteria、Cyanobacteria、Spirochaetes、Tenericutes、Deferribacteres、Candidatus Sacchari細菌、Actinobacteria、Elusimicrobia、Verrucomicrobia、Fusobacteria、およびLentisphaeraeの合計13の細菌門が検出されました。これらの門のうち、Firmicutes、Bacteroidetes、およびProteobacteriaが全体の98%を占め、他のすべての門の割合は2%でした。
腸内細菌叢は、門、綱、目、科、属、種のレベルで 16S rDNA ピロシークエンス法によって解析されました (図4 ) 。門レベルでは、HFD グループと比較して、HFD グループではバクテロイデス門が有意に減少し、フィルミクテス門が顕著に増加しました。しかし、高脂肪食誘発性肥満ラットでは、HFD グループと比較して、コルジセピン投与によりフィルミクテス門が減少し、バクテロイデス門が増加しました。これらの変化により、通常食を与えられたグループのレベルまで回復しました。しかし、3 つのグループ間でプロテオバクテリアのレベルに有意差はありませんでした (図 5 ) (図4a )。
クラスレベルで見ると、HFD グループのラットでは、Clostridia (Firmicutes 門のクラス) のレベルが有意に高く、Bacteroidia (Bacteroidetes 門のクラス) のレベルが有意に減少していました。コルジセピン投与グループの 2 つの細菌クラスの割合は、NFD グループ (参照として NFD グループ) のレベルに戻りました (図 1)。 (図4b )。
目レベルでは、HFD 群では NFD 群と比較して、バクテロイデス目(バクテロイデス綱、バクテロイデス門)とラクトバチルス目(バチルス目、フィルミクテス門)が有意に減少し、パスツレラ目(ガンマプロテオバクテリア綱、プロテオバクテリア門)、バチルス目(バチルス目、フィルミクテス門)、クロストリジウム目(クロストリジウム目、フィルミクテス門)が有意に増加しました。これらの変化は、コルジセピンによって NFD 群と同程度まで回復しました(NFD 群を基準として)(図 1)。 (図4c )。
科レベルでは、HFD 群のラットでは、Veillonellaceae、Lachnospiraceae(Clostridiales 目、Clostridia 綱、Firmicutes 門の科)、および Pasteurellaceae(Pasteurellales 目、Gammaproteobacteria 綱、Proteobacteria 門の科)のレベルが有意に高く、Lactobacillaceae(Lactobacillales 目、Bacilli 綱、Firmicutes 門の科)、Spirochaetaceae(Spirochaetales 目、Spirochaetes 綱、Spirochaetes 門の科)、Eubacteriaceae(Clostridiales 目、Clostridia 綱、Firmicutes 門の科)、および Prevotellaceae(Bacteroidales 目、Bacteroidia 綱、Bacteroidetes 門の科)のレベルが低かった。さらに、コルジセピンは、高脂肪食誘発性肥満ラットにおけるこれらの変化を、NFD グループと同程度まで予防しました (図 1)。 (図4 4d)。
属レベルでは、NFDグループと比較すると、ラクトバチルス(ラクトバチルス科、ラクトバチルス目、バチルス綱、フィルミクテス門の属)、クロストリジウムXlVb(ラクトノスピラ科、クロストリジウム目、クロストリジウム綱、フィルミクテス門の属)、プレボテラ(プレボテラ科、バクテロイデス目、バクテロイデス綱、バクテロイデス門の属)、アナエロビブリオ(ベイヨネラ科、セレノモナデール目、ネガティビクテス綱、フィルミクテス門の属)、ユーバクテリウム(真正細菌科、クロストリジウム目、クロストリジウム綱、フィルミクテス門の属)、パラバクテロイデス(パラバクテロイデス属) HFD 群では、Porphyromonadaceae 科、Bacteroidales 目、Bacteroideas 綱、Bacteroidetes 門)の細菌叢の変化が有意に減少し、Clostridium IV、Oscillospira 属(Ruminococcaceae 科、Clostridial 目、Clostridia 綱、Firmicutes 門)の細菌叢の変化が有意に増加しました。また、コルジセピンは、高脂肪食誘発性肥満ラットのこれらの変化を NFD 群と同程度まで軽減しました(図 1)。 (図4e )。
種のレベルでは、NFD 群と比較して、Butyric monas synergistica(Butyric monas 属、バクテロイデス門、バクテロイデス目、バクテロイデス綱、ポルフィロモナダ科)と Ruminococcus flavefaciens(Ruminococcaceae、クロストリジウム目、クロストリジウム綱、フィルミクテス門、ルミノコッカス属)が有意に増加したのに対し、Prevotellacopri(Prevotellaceae、バクテロイデス目、バクテロイデス綱、バクテロイデス門、プレボテラ属)が有意に減少しました。HFD 群と比較すると、コルジセピン投与群における 3 種類の細菌の相対分布は、NFD 群と同程度に戻りました(図 1)。 (図4e )。
一般的に、HFD グループのラットは、通常食グループのラットよりも Bacteroidetes 門のレベルが低く、Firmicutes 門のレベルが高いことが結果からわかりました。さらに、コルジセピンは、高脂肪食誘発性肥満ラットの Firmicutes 門の割合を減らし、Bacteroidetes 門の割合を増やしました。門の一部の変化は、主に下流レベルで一致していました。たとえば、Firmicutes 門に属する Clostridium 綱、Bacillales 目、Clostridiales 目、Veillonellaceae 科、Lachnospiraceae 科、Clostridium IV 属、Oscillospira 属、および Ruminococcus flavefaciens 種は、HFD グループで有意に増加しました。さらに、バクテロイデス門に属するバクテロイディア綱、バクテロイデス目、プレボテラ科、プレボテラ属、パラバクテロイデス属、プレボテラコプリ種は、肥満ラットで有意に減少しました。しかし、門の下位レベルでは矛盾が見られました。例えば、フィルミクテス門に属するラクトバチルス目、クロストリジウム XlVb 目、ラクトバチルス科、真正細菌科、ラクトバチルス属、クロストリジウム XlVb 属、アナエロビブリオ属、ユーバクテリウム属は有意に減少しました。しかし、バクテロイデス門に属するブチリモナス・シナジスティカは、HFD 群のラットで劇的に減少しました。門および綱レベルでの Firmicutes および Bacteroidetes の相対的な存在量の変化は、ヒートマップで確認できます (図5 a、b)。
議論
これまでの研究では、 C.ミリタリス マウスの体重増加を抑えることができることが報告されており [ 27 ]、私たちの最近の研究結果では、コルジセピンがアデノシンA1受容体を介してプロラクチンを減少させることで体重を調節すること [ 26 ]、またはコルジセプチンは前脂肪細胞の分化と脂肪細胞の成長を阻害し、脂肪細胞の分解を誘導することで体重を調節すること(未発表データ)が示されています。これらの結果は、コルジセピンが脂質代謝の観点から脂肪細胞に直接作用できることを示唆しています。しかし、高脂肪食誘発性肥満ラットの腸内細菌叢の分布を調整することで体重増加を抑えるコルジセピンの能力はまだ調査されていません。私たちの研究では、アデノシンを使用して化学的方法でコルジセピンを合成し、コルジセピンが体重増加と精巣上体と腎臓の周りの脂肪蓄積の両方を減らすのに有益な効果があることを確認し、コルジセピンがHFD誘発性肥満ラットの腸内細菌叢の構成を調節できることを発見しました。
これまでの多くの研究で、肥満は腸内細菌叢の構造と密接に関係していることが示されています。腸内細菌叢中のバクテロイデス属細菌の量が多いことは、痩せた表現型 [ 29 ] や体重が減った肥満者と直接関係しています。ラットとヒトの両方の報告では、バクテロイデス属細菌の相対的な存在量は高脂肪食によって減少することが実証されています [ 30 ]。ますます多くの研究者が、肥満はバクテロイデス属細菌とフィルミクテス属細菌の相対的な存在量の変化、またはバクテロイデス属細菌とフィルミクテス属細菌の比率の変化に関連していることを実証しています。一般的に、肥満のラットとヒトではフィルミクテス属細菌が増加し、バクテロイデス属細菌が減少する [ 31 、 32 ] 同様に、我々の結果は、高脂肪食誘発性肥満ラットにおいて、Firmicutes門が有意に増加し、Bacteroidetes門が有意に減少したことを示している。したがって、コルジセピンの投与は食事誘発性肥満を予防し、高脂肪食誘発性肥満ラットの腸内細菌叢の相対的な豊富さを変化させた。すなわち、コルジセピン投与を受けた高脂肪食誘発性肥満ラットでは、Firmicutes門が減少し、Bacteroidetes門が増加した。Turnbaughらによると、低エネルギー食は腸内細菌叢におけるBacteroidetesの割合を増加させた[ 31 ]。対照的に、高脂肪食を与えられたラットではFirmicutesが増加した[ 18 ]。腸内細菌叢の変化には食事介入が必要になる可能性がある[ 23 ]。従来の方法で飼育されたマウスから採取した微生物叢を無菌マウスに移植すると、体重が増加し、インスリン感受性が低下しました。この事実は、体重が腸内細菌叢によって制御される可能性があるという概念をさらに裏付けています。議論があるにもかかわらず、研究では一貫して、肥満のラットでFirmicutesが増加し、Bacteroidetesが減少することが示されています。肥満患者の腸内微生物叢におけるFirmicutesの増加は、食事からエネルギーを収穫する能力を高め、したがってより効率的なカロリーの吸収とそれに続く体重増加を促進することが示唆されています[ 19 ]。さらに、Bacteroidetesと比較して、遺伝的または食事誘発性の肥満マウスでは、Firmicutesの割合が高いことが説明されています。このFirmicutesの増加は、食事からの難消化性多糖類を分解して短鎖脂肪酸(SCFA)を生成することができる酵素の増加に関連しています。乳酸菌とビフィズス菌はプロバイオティクスとしてよく使用され[ 33 ]、過去の研究では肥満者の乳酸菌とビフィズス菌の増加が示されています[ 34 、 35 ]。しかし、Lecomte Vらは、これら2種の豊富さは脂肪量および体重と負の相関関係にあることを示唆した[ 19 ]。我々の研究では、肥満ラットではラクトバチルス属が少なく、コルジセピンを投与されたラットではラクトバチルス属が有意に増加し、これは通常食群と同様であった。実際、ラクトバチルス属と肥満の関係は、実験モデルまたはラクトバチルス属種に依存する可能性がある[ 36 ]。コルジセピン投与は、よく知られた腸内細菌であるプレボテラ属(プレボテラコプリ属)にも正の影響を示した。したがって、コルジセピンはプロバイオティクスを増加させることで相対的な代謝を調節する可能性がある。しかし、ビフィズス菌は3つのグループ間で変化しなかったことがわかった。
高脂肪食を与えられたラットではオシロバクター属細菌が増加し、これらの細菌は腸管タイトジャンクションタンパク質の発現と負の関連があることが報告されており[ 37 ]、これは私たちの結果と似ています。この研究では、コルジセピン投与により、高脂肪食を与えられたラットと同様に、オシロスピラ属細菌がHFD群と比較して有意に減少したことが示されました。
毒性因子と顕著な毒素を欠くクロストリジウム クラスター XIVa、XVIII、IV に属する細菌は、宿主の脂肪酸代謝を調節し、Treg 細胞の活性を誘導し、大腸炎を軽減することがわかった [ 38 ]。さらに、プレバイオティクス オリゴ糖によって誘導された Eubacterium 属は動物宿主に有益な効果をもたらし、この種の潜在的なプロバイオティクス効果を浮き彫りにした。我々の結果は、Eubacterium 属と Clostridium XlVb が、固形飼料群と同様に、コルジセピンを投与されたラットで有意に増加したことを示した。以前の研究では、Eubacterium と Clostridium XlVb が抗肥満効果を持つ酪酸を産生できることが報告されている [ 20 ]。これらの結果は、体重増加と脂肪蓄積を減らすコルジセピンの効果は、少なくとも部分的にはこれらの有益な種の個体数の増加によるものである可能性があることを示している。さらに、私たちの研究結果では、プロテオバクテリア門[ 39 ]に属する病原体パスツレラ科がHFD群で有意に増加したのに対し、コルジセピンを投与されたラットではパスツレラ科が有意に減少したことがわかった。さらに、肥満ラットではスピロヘータ科(スピロヘーテス門)のレベルが低かったが、コルジセピンを投与されたラットでは高かった。
肥満はエネルギー摂取と消費のバランスが崩れ、脂肪組織にエネルギーが過剰に蓄積されることを意味している。さらに、多くの研究で、野生マウスと肥満マウスの腸内細菌叢を移植した無菌マウスの体重と脂肪が増加することが報告されている[ 31 、 40 ]、これは肥満者の腸内細菌叢が痩せた者の腸内細菌叢よりも食事からエネルギーを抽出する効率が高いことの証拠となり得る。また、消化できない食物多糖類を吸収可能な単糖類に微生物発酵させる、肝臓でより複雑な脂質に変換される短鎖脂肪酸(SCFA)を生成するなど、腸内細菌叢に関連するいくつかのメカニズムによって体重増加を説明できる。さらに、FirmicutesはSCFA酪酸の主な産生者である[41-43 ] 。我々の結果は、高脂肪食誘発性肥満ラットでFirmicutesの数が増加したのに対し、コルジセピン投与群ではFirmicutesの数と割合が有意に減少したことを示しており、これは以前の報告と一致している。
腸内細菌叢が脳の活動や行動に影響を与える可能性があることを示す研究が増えています。例えば、いくつかの前臨床研究では、腸内細菌叢を操作することで感情、疼痛、社会的行動を変えることができ [ 44 ]、領域特異的な脳の神経化学的変化を引き起こすことができることが実証されています [ 45 ]。腸内細菌叢は、ドール含有代謝物や5-HTを含むいくつかの神経活性化合物を生成することで、肥満における脳の微細構造やホルモン分泌の変化と関連しており、明確な微生物脳シグネチャーによって肥満者と痩せた被験者を区別することができたという以前の報告によると [ 46 、 47 ]。このことから、腸内細菌叢が多くの面で肥満の生成に関与していることがわかります。さらに、私たちの結果では、コルジセピンは高脂肪食で誘発された肥満ラットの腸内細菌叢の相対的な豊富さ(特に、Firmicutes門の減少とBacteroidetes門の増加)を変化させ、ラットの体重減少に成功しました。これらの結果と論文はすべて、腸内細菌叢が食物摂取、脳の微細構造、ホルモン分泌に密接に関連している可能性があることを確認しました。
総合すると、私たちの結果は、コルジセピンが内分泌系と脂肪間の変換に直接影響を及ぼし、特に、この研究で発見されたコルジセピンによる腸内細菌叢の脂肪への影響も非常に重要な側面であることを示しています。私たちが見つけたこれらすべての結果は、コルジセピンの脂肪に対する効果のメカニズムは複雑で、複数のメカニズムを介して媒介される可能性があり、これらのメカニズムはコルジセピンによる肥満軽減効果に相互に作用する可能性があることを示していますが、これらのメカニズム間の関係についてはさらに研究する必要があります。
結論
結論として、私たちの研究は、腸内細菌叢の構成を調節することがコルジセピンによる肥満軽減のメカニズムの 1 つである可能性があり、これらの結果が肥満を治療する潜在的な方法を提供することを示唆しています。
謝辞
数値の分析にご協力いただいた吉林大学の教授陣に感謝いたします。
資金調達
この研究は、深セン市科学技術革新委員会(No. JSGG20160301100442775、JCYJ20160301100720906、GXZZ20140421112021913)、国家重点研究開発計画プロジェクト(2017YFD0502200、2016YFD0501302)、中国国家自然科学基金(No. 31172364)、吉林省科学技術発展基金(20150101108JC)、国家重要科学技術特定プロジェクト(2012ZX10003002)、新世紀大学優秀人材育成プログラム(NCET-09-0434)の支援を受けて行われました。吉林省教育庁プロジェクト(第2016444号)。
データと資料の入手可能性
本研究で使用および分析されたデータセットは、合理的な要求に応じて対応する著者から入手できます。
略語
CCS | コルジセピン |
高周波 | 60%の高脂肪食を摂取 |
NFD | 通常の食事を与えた |
OTU | 運用分類単位 |
PCoA | UniFracベースの主座標解析 |
キイメ | 微生物生態学に関する定量的洞察 |
SCFA | 短鎖脂肪酸 |
著者の貢献
LY と XT がこの研究を計画し、YL と YA が実験を実施し、YL と XW が原稿を書き、CW と LW が統計分析を行い、SL、WL、XW および HX が図を作成し、ML と ZC が実験を指導しました。すべての著者が最終原稿を読んで承認しました。
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